Оборудование для автоклавного газобетона

Свойства автоклавных ячеистых бетонов. 1 часть

Свойства автоклавных ячеистых бетонов
оборудование для газобетона

Общая характеристика газосиликата

Газосиликат (ГС) представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал, получаемый из смеси извести с молотым кварцевым песком путем вспучивания предварительно приготовленного песчаного шлама с помощью газообразователей и последующего твердения в условиях автоклавной обработки или пропаривания. По структуре газобетон относится к группе ячеистых бетонов, названных так из-за наличия в искусственном камне этого вида равномерно распределенных сферических пор (рис. 1.).
Рис. 1.. Пористая структура газосиликата
Рис. 1.. Пористая структура газосиликата
Газобетон имеет закрытые и открытые поры. Микроструктуру определяют закрытые поры, разделенные межпоровыми перегородками. Качество этих перегородок влияет на прочность материала, а количество пор, их форма и размер – на плотность и теплопроводность изделий. Средний вещественный состав газосиликата представлен на рис. 2..
Рис. 2.. Объемный состав газосиликата (400 кг/м 3 )
Рис. 2.. Объемный состав газосиликата (400 кг/м 3 )
Макропоры диаметром более 100 мкм образуются в процессе вспучивания ячеистобетонного раствора. Микропоры расположены в твердых перегородках; как правило, их размер менее 1 мкм.

Основные свойства газосиликатных изделий

В соответствии с ГОСТ 31360-2007 для стеновых изделий определяют следующие физико-механические и теплофизические характеристики:
  • среднюю плотность; 
  • прочность на сжатие; 
  • теплопроводность; 
  • усадку при высыхании; 
  • морозостойкость; 
  • паропроницаемость.

Средняя плотность и пористость

Ячеистые бетоны могут иметь следующие марки по средней плотности (ГОСТ 31359-2007, ГОСТ 31360-2007): D200; D250; D300; D350; D400; D450; D500; D600; D700; D800; D900; D1000; D1100; D1200. Среднюю плотность устанавливают по ГОСТ 12730.1. Ее величина влияет на возможности использования бетона (табл. 1.).
Таблица 1. Виды автоклавного ячеистого бетона в зависимости от марки по плотности
Таблица 1. Виды автоклавного ячеистого бетона в зависимости от марки по плотности
В Европе широко применяют газобетон с плотностью 500 кг/м 3 (D500). Стандартный блок из ячеистого бетона марки D500 размерами 600х250х400 мм имеет массу до 30 кг и может заменить в ограждающей стене толщиной 400 мм 30 кирпичей, масса которых составляет 180 кг. Теплоизоляционно-конструкционный ЯБ имеет пористость 50-60 %. Завод AEROC (Санкт-Петербург) освоил выпуск газобетона с плотностью 300 кг/м 3 в конце 2008 г. и в марте 2009-го сертифицировал продукцию с характеристиками D300 В1,5 F50. Блоки EcoTerm Plus (D300) прошли апробацию как на высотных объектах в стенах с поэтажным опиранием на железобетонные перекрытия, так и в малоэтажном строительстве как однослойные несущие стены. Пористость ячеистого бетона сравнительно легко регулировать в процессе изготовления и получать бетоны разной плотности и назначения. Объемная масса характеризует пористость ячеистого бетона: увеличивая пористость с 60 до 83 %, можно снизить объемную массу с 1000 до 400 кг/м 3. Возрастание объемной массы ЯБ с 300 до 1200 кг/м 3 сопровождается закономерным увеличением его прочности и теплопроводности (рис. 3.).
Рис. 3.. Изменение свойств ячеистого бетона в зависимости от объемной массы: 1 – марка прочности; 2 – контрольная прочностная характеристика; 3 – водопоглощение; 4 – коэффициент теплопроводности
Рис. 3.. Изменение свойств ячеистого бетона в зависимости от объемной массы: 1 – марка прочности; 2 – контрольная прочностная характеристика; 3 – водопоглощение; 4 – коэффициент теплопроводности
На свойства ЯБ оказывает влияние количественное соотношение микро- и макропор (рис. 4.). Повышенной прочностью и пониженной теплопроводностью характеризуется ЯБ, в котором имеется большое количество микропор. Однако высокую морозостойкость имеет ЯБ с замкнутыми (резервными) макропорами.
Рис. 4.. Влияние соотношения объемов микро- и макропор на прочность ячеистого бетона
Рис. 4.. Влияние соотношения объемов микро- и макропор на прочность ячеистого бетона
Известен вариатропный ячеистый бетон – материал переменной плотности, получаемый путем уплотнения поверхностных зон механическими, химическими или физическими (ультразвуковыми, электромагнитными, температурными и т.п.) воздействиями для повышения его прочностных, атмосферозащитных и теплоизолирующих свойств.

Прочность

При низкой объемной массе (например 500 кг/м 3 ) газобетон имеет за счет автоклавной обработки достаточно высокую прочность на сжатие – 2,8-4 МПа. Это позволяет при малоэтажном строительстве отказаться от каркаса и, более того, перекрывать стены обычными железобетонными (пустотными) плитами. Несущая способность кладки из блоков достаточна (требует проверки расчетом) для возведения зданий высотой 3-5 этажей. В отличие от кирпича, прочность которого оценивают маркой, для бетонов используют такую величину, как класс прочности. Ячеистые бетоны могут иметь следующие классы по прочности на сжатие (ГОСТ 31359-2007, ГОСТ 31360-2007): В1,5; В2,0; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В17,5; В20. Прочность ЯБ на сжатие определяют по ГОСТ 10180. Прочность автоклавного газобетона обусловлена образованием гидросиликатов кальция с включенными в него воздушными пузырьками в процессе автоклавирования.
Благодаря хорошим механическим свойствам, автоклавный газобетон часто предпочитают для застройки сейсмически активных зон. Так, в Японии и Мексике при возведении зданий и сооружений повышенной сейсмостойкости используют армированные ЯБ панели. При выполнении ЯБ кладки необходимо учитывать ее относительно низкую прочность на изгиб. Если дерево способно выдержать значительные подвижки основы, то каменная, и в частности ЯБ кладка, имеет предельную деформативность в пределах 0,5-2 мм/м. Большие деформации основания кладки могут привести к ее растрескиванию. Поэтому при возведении здания из ЯБ необходимо предусматривать мероприятия, предотвращающие трещинообразование: устраивать сплошной фундамент, кольцевые обвязки в уровнях перекрытий и под стропильной системой; армировать кладку и т.п.

Теплотехнические свойства

Удельная теплоемкость ЯБ в сухом состоянии составляет 0,84 кДж/(кг∙К). При влажности 4-5% теплоемкость равна 1-1,1 кДж/(кг∙К). Для изделий, предназначенных для применения в наружных ограждающих конструкциях зданий и сооружений с нормируемыми параметрами внутреннего микроклимата, коэффициент теплопроводности ячеистого бетона изделий в сухом состоянии не должен превышать значений, установленных в табл. 2. (ГОСТ 31359-2007).
Таблица 2. Коэффициенты теплопроводности и паропроницаемости ЯБ
Таблица 2. Коэффициенты теплопроводности и паропроницаемости ЯБ
Примечание. Фактическое значение коэффициента теплопроводности ячеистого бетона в сухом состоянии не должно превышать приведенные значения более чем на 10 %.
Теплопроводность ячеистых бетонов определяют по ГОСТ 7076. Физические характеристики газобетона по стандарту DIN EN (ЕС) приведены в табл. 3..
С ростом плотности ЯБ теплопроводность существенно увеличивается (рис. 5.).
Рис. 5.. Влияние средней плотности ЯБ на его теплопроводность
Рис. 5.. Влияние средней плотности ЯБ на его теплопроводность
Теплопроводность газобетона (в отличие от эффективного керамического кирпича) во всех направлениях одинаковая (рис. 6.).

а)

Рис. 6.. Изотропность теплопроводности газобетона (а) и ее анизотропность для эффективного керамического кирпича (б)
Рис. 6.. Изотропность теплопроводности газобетона (а) и ее анизотропность для эффективного керамического кирпича (б)

б)

Рис. 6.. Изотропность теплопроводности газобетона (а) и ее анизотропность для эффективного керамического кирпича (б)
Рис. 6.. Изотропность теплопроводности газобетона (а) и ее анизотропность для эффективного керамического кирпича (б)
С точки зрения теплозащиты, стены должны обеспечить, во-первых, достаточный тепловой комфорт, во-вторых, снижение расхода энергии на отопление. По европейским стандартам такой комфорт достигается, если даже в сильный мороз перепад температур между внутренней поверхностью наружной стены и внутренним воздухом не более 4°С. Для большинства районов СевероЗападного и Центрального регионов это требование обеспечивается при сопротивлении стены теплопередаче равном 1,3-1,5 (м 2 ∙К)/Вт. Таким сопротивлением теплопередаче обладает стена из деревянного бруса толщиной 150-200 мм, или кладка из газобетонных блоков толщиной 150-200 мм (при плотности 400-500 кг/м 3 ) (рис. 3.7), или 380 мм эффективного керамического кирпича.
Рис. 7.. Колебания температуры наружной (а) и внутренней (б) поверхности стены из газобетона
Рис. 7.. Колебания температуры наружной (а) и внутренней (б) поверхности стены из газобетона
Однослойная стена из ячеистобетонных блоков марок D400-500 при толщине в 400 мм имеет сопротивление теплопередаче 2,7-3,5 м 2 ∙К/Вт и укладывается в норму. Высокую теплоизоляцию обеспечивает наличие в бетоне заполненных воздухом пустот-ячеек размером 1-3 мм (рис. 8.).
Рис. 8.. Миграция воздуха и воды в порах АЯБ
Рис. 8.. Миграция воздуха и воды в порах АЯБ
Аккумулирование тепла газобетоном относительно невелико по сравнению с другими материалами (рис. 9.), однако для ГБ характерно высокое отношение времени остывания конструкции к накопленному теплу, что позволяет значительно сэкономить на отоплении.
Рис. 9.. Сравнительные показатели теплоаккумулирующих свойств кирпича, дерева и газобетона
Рис. 9.. Сравнительные показатели теплоаккумулирующих свойств кирпича, дерева и газобетона

Звукоизоляция

Вопросы звукоизоляции особенно актуальны для стен, разделяющих смежные квартиры. Межквартирные стены должны иметь плотность не менее 400 кг/м 3 или не быть однослойными. Благодаря структуре с открытыми порами, блоки из АЯБ являются эффективным звукопоглощающим материалом. По результатам испытаний стена из блока марки D500 толщиной 200 мм, оштукатуренная с двух сторон, имеет звукоизоляцию 55 Дб, что соответствует современным требованиям для межквартирных стен. В табл. 3.4 приведены индексы изоляции воздушного шума, достижимые при устройстве однослойных газобетонных стен из блоков со шпаклевкой поверхности.
Таблица 4.. Индексы изоляции воздушного шума для стены из газобетона
Таблица 4.. Индексы изоляции воздушного шума для стены из газобетона

Огнестойкость и температуростойкость

Автоклавный газобетон обеспечивает очень высокий уровень пожарной безопасности и отвечает самым высоким требованиям к мерам противопожарной защиты. Благодаря своему полностью минеральному составу автоклавный газобетон в соответствии с ГОСТ 30244 – негорючий строительный материал. Данные изделия имеют более высокий предел огнестойкости, чем обычные плотные бетоны, благодаря большой пористости и низкой теплопроводности. При повышении температуры прочностные характеристики материала увеличиваются в 2-3 раза. Газобетон выдерживает одностороннее воздействие огня в течение 3-7 ч. В табл. 3.5 приведена огнестойкость ГБ стен по немецкому стандарту DIN 4102-4.
Таблица 5.. Огнестойкость стен из газобетона в соответствии с немецким стандартом DIN 4102-4 (средний показатель)
Таблица 5.. Огнестойкость стен из газобетона в соответствии с немецким стандартом DIN 4102-4 (средний показатель)
Пределы огнестойкости конструкций из газобетона характеризуют его как материал, из которого можно возводить противопожарные стены в виде преград 1-го класса – противопожарных стен в зданиях любой огнестойкости, а также несущих стен широкого класса зданий. Противопожарная стена должна выдерживать огонь в течение 4 ч. Тесты показали, что газобетонная стена толщиной всего 150 мм может противостоять огню как минимум 6 ч. Рис. 3.10 иллюстрирует сравнительную огнестойкость стен, выполненных из обычного (а) и пористого бетона (б). Через 6 ч воздействия огня температура по другую сторону стены в первом случае повышается до 270 оС, а во втором – лишь до 68 оС.
Рис. 10.. Сравнительная огнестойкость стен, выполненных из обычного (а) и пористого бетона (б) толщиной 150 мм
Рис. 10.. Сравнительная огнестойкость стен, выполненных из обычного (а) и пористого бетона (б) толщиной 150 мм
В реальной ситуации пожара газобетонные стены сохранялись невредимыми в течение 120 ч. После пожаров в домах, построенных из газобетона, стены остаются неповрежденными. Газобетонные дымоходы прокладывают сквозь деревянные конструкции без разделения, поскольку они плохо проводят тепло. Так, при температуре отходящих газов до 1000 °С и толщине стенки дымохода 100 мм температура на внешней поверхности стенки не превышает 60 °С. Негорючесть газобетона дает возможность не учитывать столь опасный фактор, как токсичность выделяемых при сгорании веществ, так как ГБ не образует дыма и токсичных газов, которые представляют не меньшую опасность для жизни человека, чем сам огонь. Точно также к этому материалу неприложимы такие критерии, как скорость распространения пламени или дымообразующая способность, поскольку этот материал даже при высоких температурах ведет себя нейтрально: не поддерживает горение и не выделяет опасных для здоровья веществ. Температуростойкость ячеистых бетонов невысока. Предельная температура применения изделий принята равной ~ 400 оС. Скорость нагревания отражается на прочности изделий: быстрый нагрев способствует более раннему появлению трещиноватости по сравнению с медленным нагреванием до той же температуры.

Морозостойкость

Морозостойкость характеризуют маркой, то есть числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, после которых прочность ЯБ на сжатие снижается не более чем на 15 %, а потеря массы составляет не более 5 %. Газобетон морозостоек, что связано с наличием резервных пор, в которые вытесняется при замерзании лед и вода. Доля таких пор в ЯБ составляет около 10 % от общего объема пор, заполненных водой, что является достаточным для расширения воды при превращении ее в лед. Сам материал при этом не разрушается. Считают, что при соблюдении технологии строительства морозостойкость материала превышает 200 циклов. По ГОСТ 31360-2007 марку бетона изделий по морозостойкости назначают в зависимости от условий эксплуатации конструкции и расчетных зимних температур наружного воздуха в районе строительства в соответствии с нормами строительного проектирования и принимают не ниже: F25 – для изделий, предназначенных для использования в наружных стенах; F15 – для остальных изделий.

Аэро- и паропроницаемость

Газобетон – пористый материал, поэтому в доме, построенном из этого материала, создается микроклимат, который очень близок к климату деревянного дома. В отличие от сооружений из обычного бетона или кирпича, дом из ячеистого бетона аэропроницаем, этот материал "дышит". "Дышащая" стена обеспечивает проход пара и газов из помещения через стену без ее увлажнения, а также поступление свежего атмосферного воздуха в помещение. Диффузионную способность характеризуют коэффициентом паропроницаемости, который определяет количество водяного пара, которое проходит через 1 м толщины материала площадью 1 м 2 за 1 ч при разности давлений в 1 Па. Коэффициенты паропроницаемости ЯБ приведены в табл. 3.2 (ГОСТ 31359-2007). Данную характеристику определяют по ГОСТ 25898. У газобетонов наиболее распространенных марок этот показатель, мг/(м∙ч∙Па), составляет 0,20-0,23; для сравнения: у дерева и кирпича – 0,32 и 0,05-0,1 соответственно.
Известна градация комфортного проживания человека в домах со стенами из различных материалов, предложенная зарубежными исследователями и доложенная на международном симпозиуме по автоклавным строительным материалам в Ганновере более 20 лет тому назад. Первое место по комфортности, согласно этой градации, занимают дома со стенами из дерева, третье-четвертое - дома со стенами из ячеистого бетона, шестое-десятое место – стены из силикатного и керамического кирпича, а стены из керамзитобетона и обычного железобетона занимают последние места. Промежуточные места занимают стены со смешанными стеновыми материалами и изделиями.
Источник информации: Косенко, Н.Ф. Химия и технология автоклавного ячеистого бетона: учеб. пособие /Н.Ф. Косенко, П.И. Моисеев; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2014. – 273 с. ISBN 978-5-9616-0490-0